En su experimento, Joule utilizó un dispositivo, llamado calorímetro,
como el que se muestra en la figura 2. Al dejar caer unas pesas desde
determinada altura, verificó que, a partir de la energía potencial de las
pesas, colocadas en el exterior del calorímetro, se produce movimiento en las
paletas y, en consecuencia, aumenta la temperatura del agua contenida en el
recipiente, comprobando de esta manera que a partir de determinada energía
potencial se producía cierto aumento de la temperatura.
Joule estableció que la temperatura de 1 gramo de agua aumenta en 1 °C cuando la energía potencial
inicial de las pesas es 4,186 julios,
con lo cual demostró que el calor es una forma de energía.
Esta relación entre julios y calorías se conoce como equivalente
mecánico del calor.
Con estas experiencias finalizó definitivamente la polémica sobre la
naturaleza del calor, pues se estableció que el calor se puede transformar en
otras formas de energía. Por ejemplo, en los motores de los automóviles el
calor se transforma en energía cinética,
en las centrales térmicas se transforma en energía
eléctrica, en los filamentos de las bombillas se transforma en energía lumínica.
El calor y la variación
de la temperatura. Cuando un cuerpo absorbe calor, es posible que se produzca un aumento
en su temperatura, mientras que, si el cuerpo cede calor es posible que su
temperatura disminuya. Más adelante estudiaremos que en algunos casos se
suministra calor a una sustancia y, sin embargo, la temperatura no aumenta, de
la misma manera que en otros casos un cuerpo cede calor y, sin embargo, su
temperatura no disminuye.
En la figura 3 se muestra una representación gráfica del calor en
función del aumento de la temperatura para 100 gramos de agua. También se
cumple que cuando la sustancia cede calor, el calor cedido es directamente
proporcional a la disminución de la temperatura.
El calor específico, de un material es la cantidad de calor que se debe
suministrar a un gramo de una sustancia para que su temperatura aumente en un
grado centígrado. El calor específico es una característica propia de cada material. Por
ejemplo, si se consideran dos masas iguales de sustancias con diferente calor
específico, para que su temperatura aumente en la misma cantidad, se le debe
suministrar más calor a la sustancia cuyo calor específico es mayor. De acuerdo con la gráfica de la figura 5
tenemos que el calor específico del agua es mayor que el calor específico del
alcohol etílico. Así mismo, cuando la temperatura disminuye en igual cantidad,
la sustancia cuyo calor específico es mayor debe ceder más calor. La unidad del calor específico en el Sistema
Internacional de Unidades es el julio sobre kilogramo por Kelvin (J/kg • K),
sin embargo, se puede expresar también en calorías sobre gramo por grado
centígrado .
Actividad 2
Comparar la cantidad de calor que se debe suministrar a 1.000 g de
agua para que su temperatura varía de 40 °C a 70 °C, con la cantidad de calor
que se debe suministrar a 1.000 g de hierro para que su temperatura varíe entre
los mismos valores.
Comparar la cantidad de calor que se debe suministrar a 1.000 g de
agua para que su temperatura varíe de 40 °C a 70 °C, con la cantidad de calor
que se debe suministrar a 1.000 g de hierro para que su temperatura varíe entre
los mismos valores.
Se suministran 120 calorías a una masa de 200 g que incrementa su temperatura
de 12 °C a 15 °C. ¿Cuál es la capacidad calorífica del cuerpo?
¿Qué cantidad de calor deben absorber tres kilogramos de agua para que
su temperatura se incremente de 0 °C a 100 °C?
Para elevar la temperatura de 12 °C a 42 °C de 215 g de aluminio, ¿qué
cantidad de calor se le debe suministrar?
La temperatura de una masa de 150 g baja de 45 °C a 13 °C. ¿Cuál es la
capacidad de! cuerpo si cede 1.050 calorías?
Una pieza de 3 kg se encuentra a una temperatura de 60 °C, luego se
vierte la pieza en 3 litros de agua a 32 °C. Si la temperatura de equilibrio o
final de la mezcla es de 46 °C, ¿cuál es el calor específico de la pieza?
Se mezcla en un recipiente hermético 10 g de vapor de agua con 20 g de
aire. Si la temperatura del vapor del agua es de 110 °C y la temperatura del
aire es de 20 °C, ¿cuál es la temperatura final de la mezcla?
Cuando se retiran 30 cal de calor de 20 g de una sustancia, se observa
que su temperatura decrece de 60 °C a 45 °C. ¿Cuál es el calor específico de la
sustancia?
¿Cuál es el calor específico de 30 g de una sustancia que cede 35
calorías, si su temperatura disminuye de 70°C a 35°C?
¿Cuál es el calor específico de una sustancia que necesita 115
calorías para cambiar su temperatura desde 12 °C a 50 °C, siendo su masa de 2
kg?
Encuentra la cantidad de calor que se debe comunicar a 95 g de agua
para que su temperatura cambie de 0 °C a 30 °C
Se utilizan 9.000 calorías para incrementar la temperatura de 450 g de
una sustancia de 12 °C a 100 °C. Calcula el calor específico de esta sustancia.
Si se supone que el calor específico del chocolate es el mismo del
agua, calcula el calor que se necesita para calentar una taza de 220 g de
chocolate de 15 °C a 70 °C.
¿Cuál es la temperatura final de 350 g de una sustancia que se halla a
20 °C cuando se le suministran 5.000 calorías, si su calor específico es de
0,33 cal/g °C?
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